储罐氮封装置氮气保护系统设计优化

储罐氮封装置氮气保护系统设计优化

氮封或其他惰性气体保护系统可有效防止储罐发生火灾爆炸事故。从近几年对各类企业隐患排查的情况来看，部分企业尤其是精细化工企业在储罐氮封系统设置和管理上存在一些问题。是一种无须外来能源，利用被调介质自身的压力变化达到自动调节和稳定阀后压力为设定值的节能型压力调节阀。该阀压力设定在指挥器上实现，方便、快捷，压力设定值在运行中也可随意调整；控制精度高，可比一般ZZY型直接操作自力式压力调节阀高一倍，适合于控制精度要求高的场合。它广泛应用于化工、石油、冶金、电力、轻纺等工业部门中用作生产过程的自动调节。

一、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化存在的常见问题

一是应采用氮封的储罐未设置氮封系统。

二是后期增加的氮封系统未经正规设计，系统不能正常使用。

三是氮封系统压力得不到有效管控。如进储罐前的氮气管线未设置自力式调节阀、无压力表或压力表选型过大，仅靠手动阀门控制进气量，无法监控氮封压力；氮封气源未采用压力分程控制，或自力式调节阀选型不合理，造成氮封压力过高、过低，氮封系统不能正常使用；氮气管线或储罐上未设置压力远传、报警，压力得不到有效控制。

四是氮气管线上的安全设施不足，如氮气管线上未设置止回阀。

五是储罐顶部未设置紧急泄放人孔(或紧急泄放阀)等保护措施。

六是因氮封压力不稳定或为了节约成本，将氮气管线阀门关闭，氮封系统未投用等。
 

二、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化哪些储罐需要设置氮气保护系统

对于氮封系统的设置，我们来看看国家标准到底是如何要求的？

国家标准《石油化工企业设计防火标准（2018年版）》（GB50160-2008）、《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）、《石油库设计规范》 （GB 50074-2014）均对储罐氮封系统的设置有明确要求。

《石油化工企业设计防火标准（2018年版）》（GB50160-2008）规定，当单罐容积小于或等于5000m3的内浮顶储罐采用易熔材料制作的浮盘时，应设置氮气保护等安全措施；储存温度超过120℃的重油固定顶罐应设置氮气保护。

《精细化工企业工程设计防火标准》（GB 51283-2020）规定，当采用固定顶罐或低压罐（单罐容积不小于100m3）储存甲B、乙A类液体时，应采用氮气或惰性气体密封措施。如常见的甲醇、甲苯等甲B类物质；再如可燃液体二硫化碳，自燃点、沸点及闪点均较低，具有极强的挥发性、易燃性和爆炸性，采用固定顶罐水封加氮封储存比采用单纯的内浮顶罐储存更安全可靠。

《石油库设计规范》（GB 50074-2014）规定，当选用内浮顶储罐、固定顶储罐储存沸点低于45℃或在37.8℃时的饱和蒸气压大于88kPa的甲B类液体时，应设置氮气密封保护系统。当采用容量小于或等于10000m3的固定顶储罐、低压储罐或容量不大于100m3的卧式储罐储存沸点不低于45℃或在37.8℃时的饱和蒸气压不大于88kPa的甲B、乙A类液体化工品和轻石脑油时，应设置氮气密封保护系统。储存Ⅰ、Ⅱ级毒性的甲B、乙A类液体储罐应设置氮封保护系统。有些甲B、乙A类液体化工品有防聚合等特殊储存需要，不适宜采用内浮顶储罐，可选用固定顶储罐、低压储罐和容量小于或等于50m3的卧式储罐，但应采取氮封等安全保护措施，典型的易自聚不稳定的丁二烯、苯乙烯储罐，应设置氮封系统，防止空气进入储罐。

储罐氮封装置氮气保护系统设计优化结构与原理

ZZYVP型指挥器操作自力式压力调节阀是由指挥器、调节阀、执行机构和阀后接管四部分组成。（见图一）

工作原理：介质以所示箭头方向进入阀体，一路经过滤减压器减压后的压力被引入指挥器；另一路通过阀芯、阀座，节流后的压力流向阀后，并通过导压管引入指挥器执行机构。当阀后压力高于设定压力时，其压力作用在指挥器薄膜有效面上产生一个推力带动指挥器阀芯关闭，切断引入主阀执行机构膜室中的压力，使主阀阀芯关闭，阀后压力随之降低。当阀后压力低于设定值时，由于指挥器主弹簧的反作用力打开指挥器阀芯，阀前压力又被引入主阀执行机构膜室产生推力，使主阀阀芯打开，阀后压力随之升高。如此往复，保持阀后压力为设定值。

三、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化如何设置氮封系统

采用氮封的储罐，一般为常压罐或低压罐，因此，防止储罐氮气超压是一个重要问题。在化工标准《气封的设置》（HG/T 20570.16-1995）中，给出了氮气供气量的计算方式，“储罐气封装置的供气量应大于或等于由于泵抽出储罐内储存的液体所需的补充气量与由于外界气温变化而产生的储罐内气体冷凝和收缩所需补充的气量之和”。规范中计算的补气量只是一个经验值，工作中还需结合实际，计算出更符合需求的数值，以此来确定氮气管线管径和氮封阀型号。建议技术力量不足的企业，委托设计单位计算合理的补气量，既能保证氮封要求也不会造成浪费。

《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007-2014）规定，采用氮气保护的储罐，其操作压力宜为0.2kPa～0.5kPa；其他设置有呼吸阀的储罐，其操作压力宜为1kPa～1.5kPa。为防止储罐超压，除计算符合实际的补气量外，还应采取其他措施。

（一）罐顶安装就地压力表，并设置压力远传功能至DCS或PLC控制系统，设定高、低压报警功能，及时检测压力变化情况。

（二）设置双呼吸阀防止呼吸阀故障。

但对于粘度较大、易发生结晶的介质，容易造成呼吸阀堵塞，建议采取其他措施，并对补气管线、排气管线进行伴热处理，降低物料粘结和结晶对阀门和管线的影响，提高安全系数。

（三）设置紧急泄放人孔，事故时打开保护储罐。

根据《石油化工储运系统罐区设计规范》（SHT 3007-2014）的规定：事故泄压设备的开启压力应大于呼吸阀的排气压力，并应小于或等于储罐的设计正压力；事故泄压设备的吸气压力应小于呼吸阀的进气压力，并应大于或等于储罐的设计负压力；事故泄压设备应满足氮气管道系统和呼吸阀出现故障时保障储罐安全通气的需要；事故泄压设备宜选用公称直径不小于500mm的呼吸人孔。如储罐设置有备用呼吸阀，事故泄压设备也可选用公称直径不小于500mm的紧急放空人孔盖。

三、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化主要参数、性能指标与材料

1、主要参数及主要性能指标见表一                                        表一

2、压力调节范围见表二                                                   表二

3、主要零件材料见表三                                                   表三

 









4、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化外形尺寸见表四、图二       表四   单位：mm

注： 1）标准法兰连接形式PN16为凸面，连接尺寸铸铁法兰按GB4216.5-84，铸钢法兰按GB9113-2000、JB/T-94，阀体法兰及法兰端面距也可按用户指定标准制造，如：ANSI，JIS，DIN等标准。

    2）接管根据用户需要配置

5、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化产品重量见表五                表五   单位：Kg

四、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化如何管理氮封系统

为了保证氮封系统有效运行，除了正确设置，企业还需做好以下管理工作：

一是在操作规程中完善氮封系统的操作步骤和安全要求，明确压力控制范围和报警值、偏离正常工况的后果、防止和纠正偏离正常工况的方法及步骤等，并对相关岗位人员进行培训。

二是监控控制系统中的储罐压力，规范设置报警值，监控报警信息，分析报警原因并采取改进措施；加强日常巡检，将氮封系统压力表、调节阀等运行状态列入到巡检要求中，发现问题及时处置。

三是将氮封系统的检查纳入罐区隐患排查中，构成重大危险源的企业，将氮封系统的检查纳入到操作负责人包保责任的履职检查表中，通过隐患排查治理，确保系统有效投用。

四是定期对呼吸阀、压力表等进行检查和检验。确保呼吸阀的外观无异常锈蚀、泄漏和杂物堵塞，开启压力、通气量和泄漏量满足设计要求，保证泄压设施的完好。

四、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化安装、维护与调试

1、安装（见图三）

（1） 检查整机零件是否缺损与松动，对使用有害人体健康的介质，必须进行强度、密封、泄漏与精度测试。

（2） 在安装前，对管道进行清洗（否则由于焊渣等管道垃圾，损坏阀芯密封面，导致阀门不能正常工作），阀门入口处要有足够的直管段，并配有过滤器。阀体与管道的法兰连接，要注意同轴度。

（3） 安装场地应考虑到人员与设备的安全，即便于操作，又有利于拆装与维修。

（4） 阀门应正立垂直安装在水平管道上，导压管必须安装在距离阀出口至少六倍于公称通径的阀后管道上。阀自重较大与有振动的场合，要用支撑架，尽量避免水平安装。

（5） 介质流动方向应与阀体上的箭头指向一致。因微压阀属于精密仪表，其中指挥器膜片直接承受介质压力，若阀门反装或管道有反冲压力，则指挥器膜片由于受压过高导致膜片损坏，阀门不能工作。阀门应在环境温度-25～+55℃场所使用。

（6） 为使自控系统失灵或检修阀门时，仍能连续生产，应设置旁路阀（见图三）。

1、储罐氮封装置氮气保护系统设计优化 维护：

（1） 清洗阀门：对清洗一般介质，只要用水洗净就可以。但对清洗有害健康的介质，首先要了解其性质，在选用相应的清洗办法。

（2） 阀门的拆卸：将外露表面生锈的零件先除锈，但在除锈前，要保护好阀座、阀芯、阀杆与推杆等精密零件的加工表面。拆装阀座时应使用专用工具。

（3） 阀芯、阀座：二密封面有较小的锈斑与磨损，可用机械加工的方法进行修理，如损坏严重必须换新。但不管修理或更换后的硬密封面，都必须进行研磨。

（4） 阀杆：表面损坏，必须换新。

（5） 压缩弹簧：如有裂纹等影响强度的缺陷，必须换新。

（6） 易损零件：填料、密封垫片与O型圈，每次检修时，全部换新。膜片必须检查是否有预示将来可能发生裂纹、老化与腐蚀等痕迹，根据检验结果，决定是否更换，但膜片使用期一般*多2～3年。

（7） 阀门组装要注意对中，螺栓要在对角线上拧紧，滑动部分要加润滑油。组装后应按产品出厂测试项目与方法调试，并在这期间，可更准确地调整填料压紧力与阀芯关闭位置。

2、 储罐氮封装置氮气保护系统设计优化调试

所需要压力值是通过对指挥器顶部的调节螺母的操作而得到调整，打开顶部的防尘盖，用扳手调整调节螺母。顺时针方向旋转使压力增大，逆时针旋转则压力减小。安装在压力调节阀后的压力表，可使工作人员借以观察调整后的压力给定值。